近距离煤层采空区下底板破坏特征分析

王合龙

（兰花集团口前煤业公司，山西　朔州　036000）

近距离煤层采空区下底板破坏特征分析

王合龙

（兰花集团口前煤业公司，山西朔州036000）

摘要针对近距离煤层下层煤回采巷道受上层煤采动影响，其顶板岩层受到不同程度破坏、整体性相对较差、支护难度较大的实际问题，利用离散元软件UDEC对上下两层煤夹层厚度不同时下层煤顶板破坏特征及回采巷道稳定性进行了分析，为下层煤回采巷道选择合理支护方式及设计支护参数提供理论支持，具有一定的实践应用价值。

关键词UDEC；近距离煤层；采空区下；底板破坏特征

1　工程概况

矿井所开采的3＃煤与4＃煤夹层厚度较小，属近距离煤层，夹层厚度4～8 m，且岩性不同。其柱状图见图1。目前，3＃煤已经采空，4＃煤进行了局部开采，工作面回采巷道顶板岩层松散破碎，局部手抓可动，巷道难以维护。

图1　煤层柱状图

因此，研究3＃煤采空后，其回采巷道附近底板岩层破坏特征，大致估计底板岩层的破坏范围，对4＃煤回采巷道的支护参数设计具有重要的意义。

2　离散元计算模型的建立及分析

2．1计算模型的建立

为了解3＃煤采空区底板破坏特征及其对4＃煤回采巷道的影响，利用离散元数值模拟软件udec进行分析。模型沿水平方向取150 m，沿垂直方向取54 m，3＃煤厚2 m，4＃煤厚3．8 m，煤层赋存深度为378 m，见图2。

图2　数值分析模型图

由图2可见，3＃煤的位移区间－123～－15 m已经采出，4＃煤的巷道位置位于－25～－21 m、－117～－113 m位移区间。

2．2模拟方案

模拟过程主要是对两煤夹层厚度分别为4 m、5 m、6 m、7 m时，采空区破坏底板特征及对4＃煤回采巷道稳定性的影响进行模拟分析。

2．3结果分析

1）采空区底板位移特征分析。

采空区底板位移特征示意图见图3。

图3　采空区底板位移特征放大图

由图3可知，靠近煤柱的采空区底板由于受到支撑压力的作用而产生向上的位移，最大向上位移出现在距煤柱6～9 m处，并且向两边有减小，底板岩层向上拱起并有离层的现象；从3＃煤底板到4＃煤之间有不同大小的位移量，随着两煤夹层厚度的增加，砂质泥岩厚度的增加，底板较大位移的范围有减小的趋势；采空区底板鼓起面与煤层呈一定的倾角，基本上与底板岩层的内摩擦角相同，大约为40°。

2）采空区底板破坏特征分析。

采空区底板破坏特征示意图见图4。

由4可知，采空区底板的破坏主要发生在采空区的四周靠近煤柱的地方，并且破坏沿着一定的倾角向深部延伸，倾角大约为40°，在距煤柱15 m以外的地方破坏深度逐渐减小，呈“V”字形破坏；随着两煤夹层厚度的增加，采空区底板破坏范围逐渐减小，达到极限强度的岩体和已经破坏的岩体数量呈减小趋势；通过对上面情况的分析可以得出，底板破坏深度范围在6～8 m范围内，和理论计算有着一定误差，这是由于在理论计算底板破坏深度时底板岩层的岩性、厚度及岩层节理没有完全考虑所致。但从数值上看相差较小，两者具有一致性。

3）采空区下回采巷道稳定性分析。

为了研究采空区底板破坏对下部煤层回采巷道的影响，在两煤不同夹层厚度时沿下层煤的顶板设置观测线，监测其顶板表面附近垂直位移量。监测结果见图5。

由图5可知，4＃煤巷道所在范围有向上的位移，这是由于煤柱上矿山压力作用的结果；随着3＃、4＃煤两煤夹层厚度的增加，4＃煤顶板测线上的最大垂直位移减小，且位移较大的范围也在减小；在－112 m和－26 m处垂直位移相对较大，根据4＃煤所在位置，可以得出：靠近3＃煤煤柱一侧的巷道位移量小于另一侧的位移量，也就是说4＃煤回采巷道靠近煤柱的一侧破坏程度小于另一侧。在该内错方式情况下，要对下部回采巷道远离煤柱一帮进行加强支护，提高支护强度。

图4　采空区底板破坏特征放大图

图5　回采巷道顶板上水平测线的垂直位移图

3　结　论

1）根据理论计算得出底板破坏的最大深度为7．73 m。在该矿的地质条件下，下部煤层回采巷道受到上部煤层开采的采动影响，导致4＃煤顶板比较破碎。

2）通过理论计算与数值模拟相结合方式分析得出了采空区底板破坏呈“V”字形，沿煤层底板破坏的角度大致与煤层底板岩层内摩擦角相同，破坏范围主要在距煤柱0～15 m范围内。

3）随着两煤夹层厚度的增加，下部煤层回采巷道顶板上位移量减小，顶板破坏程度减小。

4）远离上部煤层煤柱的一帮破坏程度较靠近的一帮大，在支护时要加强支护。

中图分类号：TD32

文献标识码：A

文章编号：1672－0652（2014）01－0051－03

收稿日期：2013－11－03

作者简介：王合龙（1968—），男，山西晋城人，2010年毕业于山西大同大学，工程师，主要从事煤矿技术管理工作（E－mail）zsh0201＠163．com

Analysis on the Floor Break Features under the Close Distance Coal Seams Goaf

Wang He－long

AbstractAiming at the practical problems of broken roof strata，poor integrity and difficult support in the lower coal roadway of close distance coal seams．Through discrete element program UDEC software analyzed roof break features of lower coal seam and the stability of roadway when the two layers is not the same thickness．Provides the theoretical foundation for reasonable supporting method and parameters design of the roadway under the goaf，Have a certain theoretical and practical application value．

Key wordsUDEC；Close distance coal seams；Goaf；Floor break features